呼吸不全患者の運動耐容能についての研究 健常者，閉塞性肺疾患

健常者，閉塞性肺疾患

佐藤  豪1 神津  玲1 千住 秀明2

要 旨  本研究の目的は，自転車エルゴメニターを用いて，健常者と，呼吸不全患 者の運動能力の相違点を捉えることである．

 対象者は，健常者4例，呼吸不全患者8例，計12例である．運動負荷は，多段階 運動負荷で，それぞれExhaustion時に達するまで個人別に与えた．運動負荷中止の 判定は，酸素飽和度（SaO2）が80％以下，予測年齢最大心拍数以上，及び自覚症の あった場合とした．

 その結果，呼吸不全患者は，健常者に比べ，Exhaustion時の一回換気量，分時換気 量，酸素摂取量，二酸化炭素排出量，酸素摂取率，METS，体重あたりの酸素摂取量，

酸素脈値が低いことが解った．

 この原因として，呼吸不全患者は，運動負荷に対して一回換気量が増加できず，呼 吸効率が低下していることが考えられた．そのため，我々理学療法士が患者に対し 指導することは，一回換気量を増加し，過剰な呼吸数を減少させ，呼吸効率の上昇を 図ることであることが示唆された。

      長大医短紀要3：63−71，1989

Key Words：閉塞性肺疾患，運動負荷試験，酸素摂取量

目 的

 慢性呼吸不全患者は，一般的に入浴動作，

階段昇降，坂道で容易に息切れを起こし，行 動範囲が拡大するほど息切れは強くなってく

る1）．しかし，その息切れのメカニズムは，

未だ解明されていない，今回の我々の研究目 的は，自転車エルゴメーターによる多段階運 動負荷を健常老人と慢性呼吸不全患者に行い，

換気機能，ガス代謝，心機能の面から安静時 とExhaustion時とを比較検討することによ

って，双方の運動能力の相違を捉えることで

ある．

対 象

 対象者は健常老人（A群）は，心肺機能に異 常のない田上病院に入院中の患者男性2例，女 性1例，外来患者男性1例，計4例である．慢 性呼吸不全患者（B群）は，厚生省呼吸不全研 究班により（準）慢性呼吸不全患者と認められ た男性7例，女性1例，計8例である．A群の 平均年齢，体重，身長は，62．2±8．3歳，51．5

1保善会田上病院 2 長崎大学医療技術短期大学部理学療法学科

士11．Okg．158．3土8．5cmであった．B群の 平均年齢，体重，身長は，66．2±7．3歳，50．2

±4．8kg，157．7±8．2cmであった．また，B 群の呼吸機能の平均値は，肺活量（VC）1．6

±0．2L，彰肺活量（％VC）52，9士11．2％，

一秒率（FEVLO彩）49．6±15．3％であった．

 血液ガスの平均値は，酸素吸入下でPaO2 が79．7±6．1mmHg，PaCO2が46．8±7．3 mmHgであった．

 Hugh−Jonesの息切れ分類でみてみると，

皿度一2名，IV度一5名，V度一1名であった．

方 法（図1）

 （1）測定項目は，一回換気量（TV），分 時換気量（VE），呼吸数（RR），酸素摂取量

（V。2），二酸化炭素排出量（Vc。2），呼吸商

（RQ），呼吸効率（V。2／VE），（METS），体 重当りの酸素摂取量（V。2／W），心拍数（HR），

酸素脈（V・2／HR），酸素飽和度（SaO2）で

ある．

 （2）測定は，心拍数にっいては，フクダ

・エム・イー社製心電図テレメーター，酸素 飽和度は，シー・エス・アイ・ジャパン社製，

パルスオキシメーターCSI501＋型を用いて，

それ以外の一回換気量，分時換気量，呼吸数，

酸素摂取量，二酸化炭素排出量，呼吸商等は，

ジルコニア酸素電極と熱線流量計による，ミ ナト医科学社製レスピロモニターRM−200を 用いて，BreathbyBreathで測定した．

 （3）運動負荷法については，自転車エル ゴメーターによる多段階運動負荷を，Exhaus−

tionに達するまで負荷した．負荷中止の判定 は，SaO2が80彩以下，予測年齢最大心拍数 以上，及び自覚症があった場合とした．

 （4）解析方法は，上記の測定機器により，

PC−9801VMコンピューターで，リアルタ イムにより，10秒ごとに取り込み上記の測定 項目を記録し，負荷に対する経時的変化を解

析した．

測定項目

①一回換気量

②分時換気量

測定機器 ^③呼吸数

④02摂取量 ミナト医科学社 ⑤CO2排出量

■

記録・解析 ⑥呼吸効率

RM200 ⑦METS

PC9801VM

コンピュータ ^{⑨ウ・2／Wt}

フクダME社 ECGモニター

図1 方  法

結 果

（1）負荷に対する健常老人と慢性呼吸不全    患者のTV，VE，RRの経時的変化に    ついて

 一回換気量（TV）は，安静時とExhaus−

tion時と比較すると，平均でA群では469．5

±17．5m1から1329．0±239．4mlに，B群で は503．8±112．7m1から854．5±287．4m1と，

B群のL7倍の増加に対しA群では，2．8倍の

増加がみられた（図2）．

 分時換気量（VE）は，安静時とExhaus−

tion時と比較するとA群では8．4±0．7Lから 34．2±15．4Lに，B群では10．5±2．5Lから 25．0±9．6Lと，B群の2．4倍の増加に対しA 群では4．1倍の増加がみられた（図3）．

 呼吸数（RR）は，安静時とExhaustion時 と比較するとA群では18．0±1．8n／minから 25．2±6．On／minの1．4倍に，B群では19．9±

5．4n／minから32．7±10．On／minと1．6倍の増 加がみられた（図4）．

TV（m尼）

 2000

1000

Pt（B）

工

上

ウE

（L）

 100

75

50

25

Pt（B）

Nomal（A）

       ∫

A M ^A

 図3 分時換気量の患者群と健常老人の比較  分時換気量は，A群は8．4±0．7Lから34．2±15．4L に，B群は，10．5±2．5Lから25．0土9．6Lにそれ ぞれ増加した．

 A：安静時  M：Exhaustion時

（n／nin）

RR

20

！0

舌

⊥

よ

⊥

Pt（B）

、多1

Noma1（A）

A

M

M

 図2 一回換気量の患者群と健常老人の比較 一回換気量は，A群は469．5士17．5m1から1329．0

±239．4mlに，B群は503．8土112．7m1から854．5

±287．4m1にそれぞれ増加した．

 A：安静時  M：Exhaustion時

A

M

M

  図4 呼吸数の患者群と健常老人の比較  呼吸数は，A群は18．0±1．8n／minから25．2±

6．On／minに，B群は，19．9±5．4n／minから32．7

±10．On／minにそれぞれ増加した．

 A：安静時  M：Exhaustion時

（2）負荷に対する健常老人と慢性呼吸不全    患者のVo2，Vco2，Vo2／VE，Vo2／Wt，

   METSの経時的変化について

 酸素摂取量（V。2）は，安静時とExhaus−

tion時と比較するとA群では156．2±30．6 m1から787．0土194．6m1に，B群では160．0

±29．3m1から445．4±115．9m1と，B群の 3．2倍の増加に対しA群では，5倍の増加が みられた（図5）．

 二酸化炭素排出量（Vc。2）は，安静時と Exhaustion時と比較すると，A群の140．5±

14．1m1から909．7±312．7mlに，B群の148．9

±31．1mlから478．3±191．9mlと，B群の 3．2倍の増加に対しA群では，6．5倍の増加 がみられた（図6）．

 呼吸効率としての酸素摂取率（VQ2／VE）は・

Vo2

（皿1／岨n）

1000

750

Pt（B）

T

安静時とExhaustion時と比較すると，A群

が22．7±5．9から30．9±5．4，B群が18．8±

4．4から23．7±6．7とA群が上回っている（図

7）．

 体重当りの酸素摂取量（「ウ。，／Wt）は，安静 時とExhaustion時と比較すると，A群では，

3．0±0．5ml／kgから15．8土5．2ml／kgに，B群 では，3．5±0。7m1／kgから9．5±1．7m1／kgと B群の2．4倍の増加に対し，A群では，5．1倍 の増加がみられた（図8）．

Vco2

（且1／皿in）

1000

750

500

250

Pt（B）

6・

⊥

Noma1（A）

500

250

至

⊥

至

_互

A   M A

M

図6 二酸化炭素排出量の患者群と健常老人の比較  二酸化炭素排出量は，A群は140．5±14．1mlか

ら909．7±312．7mlに，B群は148．9±31．1m1から 478．3±191．9mlにそれぞれ増加した．

 A：安静時  M：Exhaustion時

     A    M    A    M  図5 酸素摂取量の患者群と健常老人の比較

酸素摂取量は，A群は156．2±30．6mlから787．0

±194．6mlに，B群は，160．0±29．3m1から445．4

±115．9mlにそれぞれ増加した．

 A：安静時  M：Exhaustion時

 METSでは，安静時とExhaustion時と比

較すると，A群の0．8±0．1から4．5±1．5の増 加に対し，B群では，1．0±0．1から2．7±0．5 とB群の2．7倍の増加に対し，A群では，5．2 倍の増加がみられた（図9）．

Vo2／VE

40

30

20

10

Pt（B）

杢

．／

METS

2．5

Pt（B） Nomal（A）

．ノ．

A M ^A M

   図7 呼吸効率（酸素摂取率）の      患者群と健常老人の比較

 呼吸効率は，A群は22．7±5．9から30．9±5．4に，

B群は，18．8±4．4から23．7±6．7にそれぞれ増加

した．

 A：安静時  M：Exhaustion時

Vo2／Wt

 （皿1／kg）

  30

20

10

Pt（B） Noma1（A）

．ノ．

壱

     A    M    A    M   図8 体重当りの酸素摂取量の患者群と     健常老人の比較

体重当りの酸素摂取量は，A群は3．0±0．5m1／kg・

から15．8±5．2m1／kgに，B群は3．5±0．7ml／kg から9．5±1．7ml／kgにそれぞれ増加した．

 A：安静時  M：Exhaustion時

     A    M    A    M  図9 METSの患者群と健常老人の比較

 代謝当量は，A群は0．8±0．1から4．5土1．5に，

B群は，1．0±0．1から2．7士0．5にそれぞれ増加し

た．

 A：安静時  M：Exhaustion時

（3）負荷に対する健常老人と慢性呼吸不全   患者のHR，Vo2／HRの経時的変化に   ついて

 心拍数（HR）は，安静時とExhaustion時 と比較すると，A群の68．6±7．2beat／minか ら112．8±25．1beat／minに対し，91．3士10．7 beat／minから118．4±15．6beat／minと，A 群に比べB群では緩やかな増加がみられた（図

10）．

 酸素脈（Vo2／HR）は，安静時とExhaus−

tion時と比較すると，A群の2．2±0．4m1／

beatから8．1±2．8m1／beatの増加に対し，B 群では，1．7±0．3m1／beatから4．0±1．2ml／

beatとB群の2．3倍の増加に対しA群では，

3．6倍の増加がみられた（図11）．

 酸素飽和度（SaO2）は，安静時とExhaus−

tion時と比較すると，A群の97％から96．6±

0．4％の低下に対し，B群では，94．6±1．6彩 から90．5±3．7彩と大きい低下を示した（図

12）．

（4）運動負荷について

 個人別に運動負荷を与え，A群の平均最大

（beat／血n） HR

  150

100

50

Pt（B）

      4／

SaO2

  （％）

  100

90

80

Pt（B）

喰3互

A M ^A M

 図10 心拍数の患者群と健常老人の比較 心拍数は，A群は68．6±7。2beat／minから112．8

±25．1beat／minに，B群は，91．3±10．7beat／min から118．4±15．6beat／minにそれぞれ増加した．

 A：安静時  M：Exhaustion時

    A    M    A    M  図12 酸素飽和度の患者群と健常老人の比較  酸素飽和度は，A群は97％から96．6±0．4％に，

B群は，94．6土1．6彩から90．5±3．7彩にそれぞれ低 下した．

 A：安静時  M l Exhaustion時

Vo2／HR

（皿1／beat）

  15

10

Pt（B） Noma1（A）

       チ

，〃！グ

考 察

A

M

M

 図11 酸素脈の患者群と健常老人の比較 酸素脈は，A群は2．2±0．4ml／beatから8．1土 2．8m1／beatに，B群は，1．7±0．3ml／beatから 4．0±1．2m1／beatにそれぞれ増加した．

 A：安静時  M：Exhaustion時

運動負荷値は50．OW，B群では22．5Wであ

った．

 ガス交換の主たる目的は，大気中より組織 の代謝に必要な酸素を摂取し，組織で生じた 二酸化炭素を排出することである．運動によ って，組織は多量のエネルギーを消費するた め，多い場合には安静時の15〜20倍の酸素 を，その組織に送り込む必要のある場合があ る．通常，運動開始と同時に分時換気量が増 加することはよく知られているが，これは呼 吸数と，一回換気量の増加によるものである．

健常者の場合は，分時換気量の増加は，予備 吸気量，次いで予備呼気量の一回換気量の増 加により，増加する．一回換気量は，運動負 荷に比例して増加するが，最大酸素摂取量の 70〜85彩に達すると，それ以上の換気の増

加は，呼吸数の増加により行われる2）・3）・4）．

 A群は，運動終了時に一回換気量が2．8倍，

分時換気量が4．1倍，呼吸数が1．4倍にそれ ぞれ増加し，酸素摂取量は，5倍まで増加し ている．しかし，Bruce（RA）らの年齢と最大

酸素摂取量の報告5）からA群の年齢に相当す る予測最大酸素摂取量は2〜3L／minで明ら かに，A群の最大酸素摂取量787m1は低い．

この原因は，A群が健常者と言えども上肢の 骨折，胃潰瘍等なんらかの理由にて長期入院 加療中で，全身機能の低下（体力低下）によ

るものと考えられる．

 B群の場合では，A群と比較してみると，

一回換気量は64％，分時換気量は73彩の増 加であったが，呼吸数は，A群より1．3倍の 増加がみられた．このことはB群では，最大 酸素摂取量が低いために軽度の運動負荷量で，

最大酸素摂取量の70〜85彩に達し，呼吸数の 増加によって換気量の増大を図っていること からも明らかである．またB群は，一回換気 量の低下による換気効率の低下から酸素摂取 量，二酸化炭素排出量のガス交換能力が低下 していると推測される．上記のことを検討す るために縦軸に酸素摂取量，横軸に分時換気 量を取って，A群，B群それぞれを比較する と，A群の方がB群よりあらゆる換気量に対 する酸素摂取量が多いことより，A群に比べ B群は明らかに酸素摂取率（Vo／VE）が低下

していることが明らかである（図13）．

Vo2

（剛／min〉

60

妬0

20

     ！／

d／

      △…患者群       ロ…健常老人群

      10     四     30VE（L）

図13 分時換気量に対する酸素摂取量の推移

 運動強度の指標として，METSや心拍数が 有用であることはよく知られている．A群の 運動強度（最大METS）は，4．5METSで，

これはガソリンスタンドのタイヤ交換，9〜20 kgの物を持ち上げて運ぶ等に相等する6）．B 群の2．8METSは，床ふき，軽いものを棚に のせる程度の運動強度である．すなわち，B 群は日常の生活行動が運動能力の限界であっ

た．これは，心拍数からみた運動強度でも，

B群が年齢最大心拍数の93％まで達しており，

運動能力の限界に達していることは明らかであ る．また，心機能の指標である酸素脈は．A群 は8．14m1／beat，B群では4．08ml／beatと少な

く，B群の心機能の低下も予測される．以上の ことより慢性呼吸不全患者は，肺機能だけでな

く心機能までも低下し，我々が先に報告した，

COPDは心機能には予備力を残しているという 報告と異なっている．このことより，慢性呼吸 不全患者は，疾患の進行にともなって心機能も 低下し，最大仕事量も著しく低下することが 考えられる．酸素飽和度は，健常者において 運動負荷が強くても90％を割ることはない が，しかし慢性呼吸不全患者において，運動 負荷を行うことにより90彩以下になる症例 は多く，今回の結果からもその傾向がうかが える7）．このことは，慢性呼吸不全患者が，

換気機能の低下によって酸素摂取量が運動に よる酸素需要に対応できず，酸素飽和度を低 下させ，最大限に心拍数を高めるこ．とで組織 の酸素需要に応じていることである．

 以上のことから，呼吸不全患者の運動負荷 に対する問題点は，身体活動に対応する一回 換気量の増加が十分でないことによる換気機 能の低下，及びガス交換能力の低下である．

 このことを改善するために，理学療法士が 指導することは次の2点である．

（1）一回換気量を増加させる

（2）過剰な呼吸数を減少させる

以上の2点で，呼吸効率の改善を図ることで ある．つまり，そのためには従来から報告さ

れているように腹式呼吸法と動作を協調させ た指導を行うことであると考えた．例えば，

吸気では動作をさせず，呼気のみ動作をさせ ると言ったような身体活動のことである．し かし，息切れにっいてはまだまだ不明な点が 多く，今後の研究が必要であるといえるであ

ろう．

ま と め

 健常者4例と，慢性呼吸不全患者8例を対 象として運動負荷に対する運動耐容能につい て比較検討した．

その結果，次の結論が得られた．

1）慢性呼吸不全患者において，一回換気量   の低下，ガス交換能力の低下が，運動耐   容能を低下させている原因であると考え

  た．

2）そのことを改善するために必要なことは，

 一回換気量の増加，過剰な呼吸数を減少  するための腹式呼吸法と，動作とを協調   させる身体活動が必要である．

参考文献

1）千住秀明＝呼吸リハビリテーションのす  すすめ，1989，pp46．

2）

3）

4）

5）

6）谷口興一，吉田敬義

7）

8）

宮下充正，石井喜八1運動生理学概論，

大修館書店．1987，ppU4〜118．

本田良行：臨床呼吸生理学（1），真興 交易医書出版部，1979，pp105〜106．

杉 晴夫，斉藤 望，佐藤昭夫：運動生 理学，南江堂，1988，p29．

田口 治，飛田 渉：老年者の耐運動能，

呼吸8（8）P836〜840，1989．

        ．運動負荷テストと その評価法，南江堂，1989，p346．

千住秀明：運動負荷に対する心肺機能の 変化，長崎大学医療技術短期大学部紀要，

1： 57〜64， 1988．

神津 玲，佐藤 豪，古場佐登子，安永 尚美，千住秀明：階段昇降における腹式 呼吸法の有効性にっいての検討，第11回 九州理学療法士，作業療法士合同学会誌，

p41， 1989．

      （1989年12月28日受理）

Exercise tolerance of chronic 

Tsuyoshi 

SATo: Ryo 

l 

2 

Hozenkai Tagami Hospital  Departrnent of Physicai Therapy,  Sciences, Nagasaki University 

The School of Allied Medical 

Exercise tests measured with a bicycle ergometer were used tc  Abstract 

study the difference in exercise tolerance for patients with chronic respiratory  insufficiency and healthy persons. 

Twelve subjects, eight patients and four healthy controls, exercised with a  bicycle ergomater under a multi‑step test condition until exhaustion. Exercise  was discontinued when any manifestation of subjective symptoms (levels less  than 80% of Sa02 or more than the age maximum heart rate) were observed. 

Results show that the exercise level of the patients at exhaustion was  lower than that of the healthy controls. This is because of decreased tidal  volume and minute ventilation against the exercise and the decrease in respira‑

tion efficiency. It is in order important for their physiotherapists to give  directions to these patients so as to increase their tidal volumes control excessive  respiration rates and improve respiration efficiency. 

Bull. Sch. Allied Med. Sci., Nagasaki Univ. 3 : 63‑71, 1989